Aktualności
Badania
01 Grudnia
Źródło: www.uw.edu.pl
Opublikowano: 2023-12-01

Badacze z UW i UMK opracowali katalizatory rutenowe nowej klasy

Nową klasę katalizatorów rutenowych, istotnych dla etenolizy – jednego z najbardziej wydajnych procesów, za pomocą których z olei roślinnych można uzyskać związki generowane w przetwórstwie ropy naftowej, stworzyli naukowcy z Uniwersytetu Warszawskiego i Uniwersytetu Mikołaja Kopernika w Toruniu. 

Kataliza chemiczna to zjawisko przyspieszenia reakcji chemicznej. Polega na dodaniu do układu niewielkiej ilości substancji (katalizatora), która nie ulega trwałym przekształceniom, lecz tworzy z innymi substratami związki lub kompleksy przejściowe. Reakcje kataliczne są preferowanymi rozwiązaniami stosowanymi w przyjaznej dla środowiska zielonej chemii – zmniejszają ilość odpadów, oszczędzając czas i energię. Współcześnie produkcja większości ważnych substancji chemicznych w dużej skali odbywa się za pomocą reakcji katalitycznych.

Z chemicznego punktu widzenia kataliza polega na zmianie ścieżki kinetycznej reakcji poprzez obniżenie energii jej aktywacji i utworzenie innych w stosunku do reakcji prowadzonej na sposób niekatalityczny kompleksów przejściowych. W efekcie przyspieszeniu ulega zarówno reakcja prowadząca do produktu, jak i ta biegnąca w kierunku przeciwnym, prowadząca do odtworzenia substratów – mówi prof. Bartosz Trzaskowski z Centrum Nowych Technologii Uniwersytetu Warszawskiego.

Naukowcy zaznaczają, że w większości przypadków mechanizm katalizowanej reakcji jest skomplikowany, a sama kataliza jest procesem wieloetapowym. Każda reakcja chemiczna wymaga użycia unikatowego katalizatora. W badaniach uczeni dążą do otrzymania jak najbardziej stabilnej substancji, zdolnej do możliwie najdłuższego katalizowania wybranej reakcji.

Najważniejszym parametrem charakteryzującym katalizator jest liczba obrotów, zwanych też cyklami katalitycznymi, czyli liczba cząsteczek substratu, która zostaje przekształcona przez katalizator w produkt, zanim ten ulegnie dezaktywacji. Im ta liczba jest większa, tym katalizator jest wydajniejszy – tłumaczy prof. Trzaskowski.

Nowa zielona technologia

Realizujący ten projekt naukowcy chcieli przede wszystkim opracować nowe, wydajne katalizatory etenolizy, czyli procesu chemicznego, w którym wewnętrzne olefiny (związki z co najmniej jednym podwójnym wiązaniem C=C) są degradowane przy użyciu etylenu jako odczynnika. Reakcja ta jest szczególnym przypadkiem metatezy – w 2005 roku podczas wręczania Nagrody Nobla Królewska Akademia Nauk (Royal Academy of Sciences) nazwała ją „nową zieloną technologią”. Jest ona podstawową strategią syntezy wiązania pomiędzy atomami węgla. Zdolność tej metody do wybiórczego zastępowania atomów między dwiema cząsteczkami pozwala na syntezę układów chemicznych o pożądanych właściwościach.

Etenoliza jest jednym z najbardziej wydajnych procesów, za pomocą których z olei roślinnych można otrzymać związki uzyskiwane zwyczajowo w przetwórstwie ropy naftowej. Są one niezbędne do syntezy wybranych paliw, smarów, parafin czy surfaktantów. Jak podkreślają badacze, nowa klasa katalizatorów rutenowych wykazała znakomite właściwości w kontekście katalizowania reakcji etenolizy.

W modelowych reakcjach etenolizy związki te przy bardzo niskich stężeniach – ponad milion razy niższych od stężenia substratów – wykazywały powyżej 2,5 mln. To kilkukrotnie więcej w porównaniu do dotychczas znanych katalizatorów etenolizy. W konkretnych zastosowaniach, tzn. w etenolizie estrów metylowych otrzymanych z oleju słonecznikowego oraz rzepakowego, które są tanie i dostępne w skali przemysłowej, przy podobnie niskich stężeniach katalizatora uzyskano imponującą liczbę obrotów wynoszącą około miliona – wyjaśnia dr Juan Pablo Martinez z Centrum Nowych Technologii UW.

W badaniach brała także udział dr Anna Kozakiewicz-Piekarz z Wydziału Chemii Uniwersytetu Mikołaja Kopernika w Toruniu. Wyniki prac ukazały się na łamach Journal of the American Chemical Society.

źródło: UW

Dyskusja (0 komentarzy)